МАГНИТНОЕ ОБЩЕСТВО Магнитное общество – МООСМ "Магнитное Общество" самостоятельная творческая профессиональная общественная организация, объединяющая на добровольных началах специалистов, связанных с решением научных, научно-технических и производственных задач магнетизма. Б Ю Л Л Е Т Е Н Ь
Начало осени оказалось “урожайным” на магнитные конференции. Настоящий номер Бюллетеня приурочен к трем конференциям: XIX Международной конференции по постоянным магнитам (МКПМ-2013, Суздаль), проходящей при информационной поддержке МАГО, к Пятому евро-азиатскому симпозиуму “Trends in Magnetism” (EASTMAG 2013, Владивосток) и к Международной конференции по функциональным материалам (ICFM-2013, Партенит, Украина). Желаем участникам интересного и плодотворного общения! Поздравляем юбиляра! 30 июля 2013 года президенту Магнитного Общества профессору Анатолию Константиновичу Звездину исполнилось 75 лет! А.К. Звездин родился в 1938 году Свердловске, где в 1961 году окончил Уральский Государственный Университет имени М. Горького. Дальнейшая научная биография А.К. Звездина связана с работой в таких научных центрах, как НИИ физ. проблем в Зеленограде, Проблемная лаборатория магнетизма МГУ, Институт Общей Физики РАН и др. Он работал по приглашению во многих научных институтах и университетах мира: Италии, Франции, Англии, Испании, Бельгии, США, Бразилии. Столь же разнообразны научные интересы Анатолия Константиновича: наномагнетизм, спинтроника, магнитооптика, магнитоэлектрические явления, магнитные молекулярные кластеры. Работы А.К. Звездина по редкоземельному магнетизму получили высокую оценку: в 1984 году А.К. Звездину с коллективом авторов присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники. В настоящее время научная группа А.К. Звездина работает над решением актуальных вопросов спинтроники, физики мультиферроиков и магнитоплазмонных кристаллов. Основные результаты исследований опубликованы в вышедших за последние четыре года семи статьях группы журналов Nature. А.К. Звездин воспитал множество учеников – докторов и кандидатов наук, работающих в ведущих лабораториях мира. А.К. Звездиным опубликовано более 300 работ в ведущих российских и зарубежных научных журналах, издано несколько монографий, среди которых «Редкоземельные ионы в магнитоупорядоченных кристаллах», «Магнитоптика тонких пленок», «Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках», «Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials», а также научно- популярные книги и статьи. Написанные по- научному строго и в то же время доступным языком, они оказывают неоценимую помощь при подготовке молодых специалистов. “Магнитное общество” вместе со всем магнитным сообществом России от всей души поздравляет Вас, глубокоуважаемый Анатолий Константинович, с юбилеем, желает крепкого здоровья, сохранения присущей Вам творческой энергии и достижения новых научных успехов!
МАГНИТИНФОРМ Оргкомитет XIV Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-14), которая пройдет с 20 по 26 ноября 2013 года в Екатеринбурге, приглашает к участию в работе школы. Основные организаторы школы - Институт физики металлов УрО РАН при участии Институтов теплофизики и электрофизики УрО РАН и Уральского федерального университета имени Б.Н. Ельцина. Тематика школы-семинара: • Магнитные явления; • Фазовые переходы и критические явления; • Проводимость и транспортные явления; • Резонансные явления; • Структурные и механические свойства твёрдых тел; • Неразрушающий контроль; • Теплофизика; • Электрофизика; • Наноматериалы; • Физика низких температур; • Оптика и спектроскопия; • Теория конденсированного состояния; • Биофизика. Программа конференции предусматривает лекции ведущих ученых РФ, устные и стендовые доклады участников. Сборник тезисов школы имеет номер ISSN. Планируется проведение конкурсов на лучший студенческий доклад. Лучшие работы будут опубликованы в журнале "Известия РАН. Серия физическая". Последний срок подачи тезисов - 20 сентября 2013 года. Открытие школы - 20 ноября 2013 года. Официальный сайт школы http://smu.imp.uran.ru/spfks. Контактный e-mail: spfks@imp.uran.ru.
АКТУАЛЬНО Скирмионы – новый тип магнитных объектов Топологические структуры, названные в честь английского физика Тони Скирме, рассматривавшего особый тип вихрей для объяснения свойств пи- мезонов, внезапно стали актуальными в теории конденсированного состояния вещества и магнитоупорядоченных сред. А.Н. Богдановым и др. [1-3] было предсказано существование подобных топологических структур (рис.1) в кристаллах без центра симметрии. Интерес к скирмионам подогревается сообщениями об их необычных электродинамических свойствах, в частности, перемещении под действием электрического тока, что может найти практические приложения в спинтронике. а) Наблюдение скирмионов Долгие годы скирмионы не удавалось обнаружить, но в последнее время появились сообщения, в которых с помощью дифракции нейтронов была зарегистрирована некая новая фаза магнитного упорядочения, возникающая при приложении внешнего постоянного магнитного поля в веществах MnSi и Fe12-x CoxSi [4,5]. Эта фаза могла быть интерпретирована как решетка вихрей. Впрочем, одно дело наблюдать дифракционную картину, другое дело — непосредственно увидеть отдельные вихри и процесс их зарождения. Это удалось сделать с помощью лоренцевской просвечивающей электронной микроскопии (рис. 2 а, б) [6]. а) Рис. 2 а) полосовая геликоидальная спиновая структура, спонтанно образующаяся в Fe0.5Co0.5Si (стрелкой показана дислокация).
Внешне зарождение скирмионов очень напоминает образование решетки цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в классическом микромагнетизме: в изначальной полосовой структуре (рис. 2 а) зарождается область с гексагональной упаковкой (рис. 2 б). Однако на характерных размерах вихря (~100 нм) уже нет смысла говорить о доменах и границах между ними. Различаются также и причины образования ЦМД и скирмионов: домены возникают вследствие магнитостатического диполь-дипольного взаимодействия, причиной же появления вторых является неоднородное взаимодействие Дзялошинского [2]. Узелок завяжется, узелок развяжется… Скирмион как топологический объект представляет собой устойчивое образование, подобно завязанному узелку. Однако внешним воздействием с помощью зонда магнитного силового микроскопа становится возможным зарождение, а также слияние скирмионов [7,8]. Последнее сопровождается образованием нетривиальных спиновых конфигураций, в частности, магнитного монополя. Чтобы сделать топологическую структуру более понятной читателю, авторы [7] прибегают к образу застежки типа «молнии», расположив изображения различных стадий процесса слияния скирмионов одно под другим (рис. 3 а). Магнитные скирмионы интересны не только в фундаментальном аспекте: от них ожидают сильного воздействия на спиновый ток, протекающий через них, что можно использовать в магнитной памяти и спинтронных транзисторах [9]. Электрон, движущийся сквозь скирмион, несколько раз меняет спиновую ориентацию, подстраивая ее под локальное распределение намагниченности, в результате чего на него действует эффективная сила, изменяющая направление его движения (рис. 3 б), что макроскопически должно проявляться как разновидность эффекта Холла. а) Рис. 3 Скирмионы как топологические структуры: а) образование монополя в момент слияния двух скирмионов (сверху вниз показаны различные стадии процесса) [8].
Скирмионы выходят на старт Особые надежды возлагают на использование скирмионов в Спиновой электронике. Одна из популярных в настоящее время концепций, называемая трековой памятью (race track memory, дословно «память на беговой дорожке»), основана на движении доменных границ вдоль нанопроволоки [10]. Однако управление доменными границами с помощью спинового тока предполагает высокие значения его плотности (106-107 А/см2), что приводит к износу элементов памяти. В то же время плотности токов, необходимые для приведения в движение скирмионов (критическая плотность тока депиннинга), в десятки тысяч раз меньше. Другим их достоинством является то, что расстояния между скирмионами можно сделать предельно малыми – единицы нанометров, в то время как расстояние между доменными границами определяется минимальным размером доменов, составляющим значения десятки нанометров. Высокая плотность упаковки скирмионов позволит существенно повысить скорость записи/считывания информации даже при малых скоростях движения самих скирмионов 11] (дело в том, что, несмотря на различие критических плотностей токов депиннинга для скирмионов и доменных стенок, скирмионы не отличаются большей подвижностью по сравнению со стенками). …а лучше и вовсе без тока Поскольку появились сообщения об обнаружении скирмионных состояний в магнитных диэлектриках и мультиферроиках [12,13], естественным образом возник вопрос о возможности управления скирмионами, вовсе не прибегая к действию токов – с помощью электрического поля. Исследование воздействия электрического поля на решетку скирмионов в Cu2OSeO3 проводилось методом малоуглового рассеяния нейтронов, поскольку период модуляции спиновой структуры намного превосходил длину волны излучения. В результате дифракции нейтронов получается характерная дифракционная картина (рис. 4 а), соответствующая решетке скирмионов, зарождающейся в магнитном поле, перпендикулярном плоскости решетки. Если зарождение решетки происходит не только в магнитном, но и электрическом поле, то ориентация решетки изменяется, что проявляется в азимутальном смещении дифракционных пиков (рис. 4 б). Смещение прямо пропорционально приложенному электрическому полю и достигает заметных величин в десятые градуса уже в полях порядка 1 кВ/см. а) Рис. 4 Дифракционные картины от решеток скирмионов а) гексагональная симметрия решетки скирмионов, образующихся в магнитном поле смещения.
Поскольку управление скирмионами в диэлектриках с помощью электрического поля, в отличие от управления с помощью токов в металлах, не сопровождается омическим потерями, то данное явление может представлять интерес для индустрии сверхплотной магнитной памяти. Однако, говоря о практическом применении скирмионов, не следует забывать о температурных ограничениях: пока скирмионы наблюдаются при температурах не выше 250 К. Впрочем, расчеты предсказывают, что в пленках железа скирмионы могут быть стабильны и при комнатных температурах [15]. А. Пятаков Литература [1] A.N. Bogdanov, D.A. Yablonski, Thermodynamically stable "vortices" in magnetically ordered crystals. The mixed state of magnets, JETP, 68, 101 (1989).
[8] Niklas Romming, Christian Hanneken, Matthias Menzel, Jessica E. Bickel, Boris Wolter, Kirsten von Bergmann, André Kubetzka, Roland Wiesendanger, Writing and Deleting Single Magnetic Skyrmions" 341, 636-639 (2013) [9] Ch. Pfleiderer, Ach. Rosch, Condensedmatter physics: Single skyrmions spotted, Nature, 465, 880 [10] S.S. P. Parkin, M. Hayashi, L. Thomas,Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory, Science, 320, 190-194 (2008) [11] A. Fert, V. Cros, J. Sampaio, Skyrmions on the track, Nature Nanotechnology, 8, 153 (2013) [12] S. Seki, X. Z. Yu, S. Ishiwata, Y. Tokura, Observation of Skyrmions in a Multiferroic Material, Science, 336, 198 (2012). [13] S. Seki, S. Ishiwata, and Y. Tokura, Magnetoelectric nature of skyrmions in a chiral magnetic insulator Cu2OSeO3, Phys. Rev. B, 86, 060403(R) (2012) [14] J. S. White, I. Levatić, A. A. Omrani, N. Egetenmeyer, K. Prša, I. Živković, J. L. Gavilano, J. Kohlbrecher, M. Bartkowiak, H. Berger and H. M. Rønnow, Electric field control of the skyrmion lattice in Cu2OSeO3, J. Phys.: Condens. Matter, 24 432201 (2012) [15] Stefan Heinze, irsten von Bergmann, Matthias Menzel, Jens Brede, André Kubetzka, Roland Wiesendanger, Gustav Bihlmayer, & Stefan Blügel, Spontaneous atomic-scale magnetic skyrmion lattice in two dimensions, Nature Phys., 7, 718 (2011) ЗАРУБЕЖНЫЕ ЖУРНАЛЫ И САЙТЫ Магнитный стилус для смартфонов В каждом смартфоне и мобильном приборе интегрированы средства обнаружения положения, а значит, есть встроенные магнетометры. Этим воспользовались исследователи из корейского физико-технического института (KAIST) для разработки нового вида интерфейса – с использованием магнитного стилуса. Помимо обычных преимуществ в функционале стилуса по сравнению с пальцевым вводом, магнитный стилус позволяет смартфону проявить ряд «сверхспособностей»: чувствовать направление, в котором указывает стилус, а также реагировать на вращение стилуса, что резко расширяет «жестовый репертуар» пользователя, ничего не изменяя в устройства самого смартфона. Так, вращая стилус можно регулировать ширину линии или превращать перо в ластик.
Магнитный родственник фуллерена В семействе углеродных материалов ждут пополнения: фуллереноподобных кластеров с магнитными свойствами. [1] Menghao Wu and Puru Jena, J. Chem. Phys. 139, 044301 (2013). Транспортировка стволовых клеток с помощью магнита Наночастицы оксида железа широко используются в медицине как контрастный агент в магниторезонансной томографии. Также ведутся активные исследования перспектив их использования для локального нагрева тканей и доставки лекарств в терапевтических целях. Американские исследователи нашли наночастицам оксида железа новое применение – транспортировка стволовых клеток для регенерации поврежденных тканей [1].
Рис. 1 Локализация стволовых клеток, маркированных флуоресцентными метками, в теле крысы: а) после прикладывания магнита к основанию хвоста б) в отсутствие магнита введенные клетки оказываются в легких и печени. Частицы с ядром из оксида железа диаметром 15 нм и оболочкой из этиленгликоля имеют свойство накапливаться в клеточных лизосомах (органеллах клетки, ответственных за переработку отходов) и сохранятся в них длительное время (одна клетка может аккумулировать в себе до 1.5 миллиона таких частиц). Как показывают тесты, жизнеспособность клеток, а также специфические свойства стволовых клеток, не меняются от таких примесей. В то же время они позволяют перемещать клетки с помощью магнитного поля. Первые эксперименты на крысах, которым путем внутривенной инжекции запускались в кровоток нашпигованные магнитными наночастицами стволовые клетки, показывают, что с помощью магнита значительную часть клеток удается локализовать (например, в основании хвоста, рис.1 а), в то время как без магнита частицы оказывались в основном в печени и легких (рис. 1 б). 1. Landázuri N, Tong S, Suo J, Joseph G, Weiss D, Sutcliffe DJ, Giddens DP, Bao G, Taylor WR., Magnetic Targeting of Human Mesenchymal Stem Cells with Internalized Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles, Small, doi:10.1002/smll.201300570 Магнитные имплантаты расширяют возможности человека а) Рис. 1
б) Электронные устройства, связанные с имплантатом 34-летний житель штата Юта Ричард Ли, имплантировав в ушные хрящи магниты (рис. 1 а), приобрел сверхспособности – воспринимать с помощью ушей не только звуки, но и переменное магнитное поле. Магниты на основе сплава неодима покрыты слоем золота и заключены в биосовместимую оболочку для предотвращения отторжения имплантатов. Источником поля служит ожерелье из медной проволоки, снабженное источником питания, усилителем, микрофоном, аудиоразъемом (последний позволяет воспринимать сигнал от портативных устройств непосредственно, минуя наушники и динамики). Микрофон Ричард может использовать не только по прямому назначению, но и как стетоскоп, научившись синхронизировать свое сердцебиение с сердечным ритмом жены. Вся эта затея могла бы показаться блажью, если бы не суровая необходимость, толкнувшая обладателя имплантата на этот шаг: Ричард постепенно теряет зрение, и он рассчитывает частично компенсировать этот изъян, научившись эхолокации – как это умеют делать летучие мыши.
ТОМ 14 сентябрь 2013 г. №3
А.К. Звездин – один из самых известных и авторитетных ученых в области магнетизма, пользующийся широким признанием в России и за рубежом. 
б) 
Рис. 1 Различные типы магнитных скирмионов: а) с разворотом намагниченности в касательной плоскости. б) с разворотом в радиальной плоскости.
б) 
б) появление гексагональной решетки вихрей во внешнем поле 20 миллиТесла (элементарная ячейка показана красным цветом) [6].
б) 
б) Эффективная «топологическая» сила, действующая на электрон, движущийся сквозь скирмион [9].
б) 
б) разностный кадр между дифракционными узорами от решеток скирмионов, образовавшихся в одновременно приложенных магнитных и электрических полях (черный и белый цвет обозначает, соответственно, положение пиков в электрическом поле, направленном налево и направо) [14].
[2] A. N. Bogdanov, U. K. Rößler, M. Wolf, and K.-H. Müller, Magnetic structures and reorientation transitions in noncentrosymmetric uniaxial antiferromagnets, Phys. Rev. B 66, 214410 (2002)
[3] U. K. Rössler, A. N. Bogdanov, C. Pfleiderer, Spontaneous skyrmion ground states in magnetic metals, Nature, 442, 797 (2006)
[4] S. Mühlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A. Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, P. Böni, Skyrmion Lattice in a Chiral Magnet, Science, 323, 915 (2009).
[5] W. Münzer, A. Neubauer, T. Adams, S. Mühlbauer, C. Franz, F. Jonietz, R. Georgii, P. Böni, B. Pedersen, M. Schmidt, A. Rosch, and C. Pfleiderer, Skyrmion lattice in the doped semiconductor Fe1−x CoxSi, Phys. Rev. B 81, 041203(R) (2010).
[6] X. Z. Yu, Y. Onose, N. Kanazawa, J.H. Park, J. H. Han, Y. Matsui, N. Nagaosa, & Y. Tokura, Real-space observation of a twodimensional skyrmion crystal, Nature, 465, 901 (2010)
[7] P. Milde, D. Köhler, J. Seidel, L. M. Eng, A. Bauer, A. Chacon, J. Kindervater, S. Mühlbauer, C. Pfleiderer, S. Buhrandt, C. Schütte, A. Rosch, Unwinding of a Skyrmion Lattice by Magnetic Monopoles, Science 340, 1076-1080 (2013)
4 июня 2013/ Новостной сайт Phys.org
Как теоретически показали ученые из Университета Содружества Виргинии (Ричмонд, США), такие молекулы соединений углерода и переходных металлов, как Co12C6, Mn12C6, Mn24C18 имеют форму полуправильных многогранников. Молекулярный кластер фуллерена C60, имеющий форму усеченного икосаэдра (большей части населения планеты известной по раскраске футбольного мяча), также относится к одному из классов полуправильных многогранников (архимедовых тел), однако в отличие от новоизобретенных молекул, магнитными свойствами не обладает. Наличие у последних большого магнитного момента (например, Mn24C18 имеет магнитный момент 70 магнетонов Бора) позволяет осуществлять адресную доставку лекарственных препаратов с помощью магнитного поля, что не позволяли делать контейнеры из фуллеренов.
б) 
а) Ухо человека с внедренным многофункциональным имплантатом
Новостной сайт http://www.popsci.com
Редколлегия:
Главный редактор: А.П. Пятаков
Научные редакторы:.П. Шорыгин, В.А. Сеин, А.М. Тишин
Худ. редактор и корректор: З.А. Пятакова